EP3688435A1 - Drucksensor auf keramischen substrat - Google Patents

Drucksensor auf keramischen substrat

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EP3688435A1
EP3688435A1 EP18779647.9A EP18779647A EP3688435A1 EP 3688435 A1 EP3688435 A1 EP 3688435A1 EP 18779647 A EP18779647 A EP 18779647A EP 3688435 A1 EP3688435 A1 EP 3688435A1
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EP
European Patent Office
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pressure sensor
heating element
pressure
sensor according
ceramic substrate
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP18779647.9A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Benjamin Bohl
Jan Ihle
Bert HUNDERTMARK
Bernd Polder
Christian Wohlgemuth
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TDK Electronics AG
Original Assignee
TDK Electronics AG
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G01L19/04—Means for compensating for effects of changes of temperature, i.e. other than electric compensation
    • G—PHYSICS
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    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
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    • G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
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    • G01L9/0051—Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
    • G01L2009/0066—Mounting arrangements of diaphragm transducers; Details thereof, e.g. electromagnetic shielding means

Definitions

  • the invention relates to a pressure sensor for use in ge ⁇ freezing or high viscosity media.
  • Internal combustion engines are e.g. necessary to carry out exact pressure measurements in different media directly after an engine cold start.
  • the object is achieved by a pressure sensor according to the present claim 1.
  • Dependent claims indicate advantageous embodiments.
  • a pressure sensor is proposed, with which it is possible to measure a relative or absolute pressure.
  • the ⁇ ser has a housing, which in turn comprises a housing wall.
  • the housing wall can be sealed for a measurement of the absolute ⁇ pressure or for a measurement of a relative ⁇ pressure openings contain, for example, to use atmospheric conditions as a reference pressure.
  • angeord ⁇ net a ceramic substrate and a sensor disposed thereon ⁇ relement.
  • the sensor element is a component in which a pressure-induced deflection of a membrane is determined. It can be in
  • the orientation of the sensor element is referred to as the upper side of the sensor element, the side of the sensor element at which the membrane is, and the opposite ⁇ opposite side as the bottom side of the sensor element.
  • the sensor element can be designed as a MEMS component.
  • the sensor element is mounted with its underside on the Kera ⁇ miksubstrat, which serves as a carrier and comprises an electrical connection for the sensor element.
  • This serves to a measurement signal from the pressure sensor out to lei ⁇ th, where it is processed externally and where the measurement signal is assigned a pressure.
  • a relative pressure below the Sensorele ⁇ ment is a fürläse in the ceramic substrate by which a MES ⁇ sendes medium is towards ge ⁇ leads to the media path of the sensor element.
  • the upper side of the sensor element is exposed to a Ver ⁇ equivalent pressure, for example, is the atmospheric pressure. This can, in such a relative pressure measurement, pass through openings in the housing wall in the pressure sensor.
  • the absolute pressure can be measured.
  • a heating element is part of the pressure sensor .
  • the heating element may be mounted at various positions in the pressure sensor for the purpose of achieving an operating temperature in the pressure sensor which allows an accurate measurement.
  • By heating the pressure sensor possible solid and liquid condensates are thawed, if necessary. Evaporated and expelled or heated together with any existing highly viscous media from the pressure sensor.
  • Heating element it is also possible to form a
  • the heating element is designed, for example, the pressure sensor to a temperature well above the
  • To freeze For example, a warming to a temperature between 20 ° C and 50 ° C, in particular up to 160 ° C provided.
  • the various possible positions for the heating element are all inside the pressure sensor.
  • the following are sample items in a non-exhaustive list:
  • the heating element can be arranged
  • the heating element is preferably mounted in the vicinity of the electrical connections.
  • Ceramic substrate may also be formed as a layered ceramic.
  • the heating element can, for example, a
  • the heating element may also be integrated in the gel boundary.
  • the different versions of the heating element can umfas ⁇ sen: a conductive plastic, eg a shaped as a meander resistor or a resistor having a positive temperature coefficient.
  • Meandering of the resistor is that the resistor is longer and thus has a higher value, resulting in a higher heating cable. With the use of a resistor with positive temperature coefficients, an external control of a heating power of the heating element is no longer necessary.
  • the heating element is integrated in the housing of the sensor and designed so that it can generate and radiate microwaves, with which optionally the entire pressure sensor, individual components thereof or the media to be measured are heated. This is the Ermér ⁇ tion directly at the desired location and, for example, in the medium and instead spent heating power can be used optimally.
  • Such a heating element can also be arranged at a different location of the sensor.
  • a power supply of the heating element can take place via different ways. There are e.g. the possibility of a power supply via the power supply of the pressure sensor, or the variant of an additional and independent from the pressure sensor power supply. The separation of the
  • the pressure sensor may comprise a further heating element in one of the illustrated designs and positions. This may be attached to one of the described but different position from the position of the first heating element.
  • the pressure sensor can be more homogeneous and thus
  • the pressure sensor described above is for example for use in a motor vehicle, in particular for use in the exhaust gas region of a motor vehicle
  • the heating element is used to heat up the
  • Operating temperature is a first pressure measurement.
  • the heating element is used to reduce energy consumption
  • FIG. 1 shows a sectional view of a pressure sensor having disposed on a ceramic substrate sensor element for measuring absolute pressure, including various positions for ⁇ An order of a heating element.
  • Figure 2 shows the sectional view of an alternative Ausu ⁇ tion of the pressure sensor on a ceramic substrate for relative ⁇ pressure measurement, with the different positions of a Schuele ⁇ management and its possible relative arrangement.
  • FIG. 1 shows the schematic sectional view of a sensor element
  • the sectional view shown in Figure 1 shows the structure of a rule schemati ⁇ pressure sensor DS for a ⁇ absolute pressure measurement.
  • This has a housing GH comprising a housing wall GW. Inside the case is a
  • Ceramic substrate KS attached and arranged thereon a sensor element SE and a gel filling GF within a Gelbegrenzung GB.
  • the sensor element is in a shape on the
  • Ceramic substrate arranged that pressure can act only from one side on the membrane of the sensor element. This page is the gel covered top of the
  • the gel filling protects a pressure-sensitive membrane of the sensor element from moisture. Openings in the housing or the housing wall make it possible for the atmospheric pressure also to be established inside the housing and to be in contact with the gel, which puts pressure on the membrane of the housing
  • Heating element are as follows: The heating element can be any heating element.
  • FIG. 2 shows the schematic construction of a pressure sensor for a relative pressure measurement.
  • This has a housing GH comprising a housing wall GW.
  • a ceramic substrate and a KS since ⁇ up arranged sensor element SE are attached.
  • the Keramiksub ⁇ strat KS has a fürläse DL.
  • the sensor element is arranged on the ceramic substrate such that the passage through is under the sensor element. Through the passage, a pressurized medium can be guided to the underside of the Senso ⁇ relements.
  • the atmospheric pressure passes as a reference pressure through openings in the housing to the top of the sensor element and thus enables a relative pressure measurement.
  • heating elements at the positions A to D ⁇ drawn are as follows:
  • the heating element can
  • FIG. 3 shows an enlarged sectional view of the Sensorele ⁇ ments SE.
  • a membrane of the sensor element MS to know he ⁇ here forms the top OS of the sensor element.
  • Opposite the upper side is a lower side US of the sensor element, on which there is a media passage MG to the membrane of the sensor element MS.

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Abstract

Es wird ein Drucksensor für Relativ- oder Absolutdruckmessung angegeben. Dieser ist mit einem zusätzlichen Heizelement (H, A-G) ausgestattet um störende Medien zu verdrängen.

Description

Beschreibung
Drucksensor auf keramischen Substrat
Die Erfindung betrifft einen Drucksensor zum Einsatz in ge¬ frierenden oder hochviskosen Medien.
Bei der Druckmessung mittels Drucksensoren in Medien unter erschwerten bzw. extremen Bedingungen kommt es vor, dass Kon¬ densat, gefrierende oder hochviskose Medien das Messsignal der eingesetzten Drucksensoren verfälschen. Solche Medien können unter anderem heiße, viskose, dünnflüssige kalte, wässrige oder ölige Phasen, kalte dickflüssige Öle, gefrore¬ nes Wasser oder Kraftstoff sein, wie sie insbesondere beim Einsatz in Kraftfahrzeugen auftreten können. Die Folgen einer verfälschten Messung können sein: Ungenügende Abgasreinigung, ein Motorschaden oder allgemein ein Schaden an anderen
Elementen eines zu überwachenden Prozesses. Durch eine erhöhte Anforderung an die Abgasreinhaltung von
Verbrennungsmotoren ist es z.B. notwendig, direkt nach einem MotorkaltStart exakte Druckmessungen in verschiedenen Medien durchzuführen .
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Drucksensor anzugeben, der die oben genannten Probleme vermeidet und bei¬ spielsweise bereits zeitnah zu einem MotorkaltStart eine kor¬ rekte Druckmessung in einem motorrelevanten Medium durchfüh¬ ren und die Lebensdauer des Drucksensors erhöhen kann.
Die Aufgabe wird durch einen Drucksensor gemäß dem vorliegen- den Anspruch 1 gelöst. Abhängige Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungen an. Zur Lösung wird ein Drucksensor vorgeschlagen, mit dem es möglich ist einen Relativ- oder Absolutdruck zu messen. Die¬ ser weist ein Gehäuse auf, welches wiederum eine Gehäusewand umfasst. Die Gehäusewand kann für eine Messung des Absolut¬ drucks abgedichtet sein oder für eine Messung eines Relativ¬ drucks Öffnungen enthalten, um z.B. Atmosphärenbedingungen als Referenzdruck zu verwenden. In dem Gehäuse sind angeord¬ net: ein Keramiksubstrat und ein darauf angeordnetes Senso¬ relement .
Das Sensorelement ist ein Bauteil, in dem eine druckbedingte Auslenkung einer Membran bestimmt wird. Es kann in
verschiedenen technischen Varianten ausgeführt sein: z.B. als eine direkte Druckbestimmung durch Nutzung des Piezoeffekts oder als indirekte Druckbestimmung durch Messung der Dehnung der Membran mithilfe von z.B. Widerstandselementen.
Für die Orientierung des Sensorelements wird im Folgenden die Seite des Sensorelements, an der sich die Membran befindet, als Oberseite des Sensorelements bezeichnet und die gegen¬ überliegende Seite als Unterseite des Sensorelements. An der Unterseite befindet sich im Sensorelement ein Medienzugang, der die Membran von der Unterseite her für das Druck führende Medium zugänglich macht. Das Sensorelement kann als MEMS- Bauteil ausgebildet sein.
Das Sensorelement ist mit seiner Unterseite auf dem Kera¬ miksubstrat angebracht, das als Träger dient und einen elektrischen Anschluss für das Sensorelements umfasst. Dieser dient dazu ein Messsignal aus dem Drucksensor heraus zu lei¬ ten, wo es extern verarbeitet wird und wo dem Messsignal ein Druck zugeordnet wird. Für die Messung eines Relativdrucks ist unter dem Sensorele¬ ment ein Durchläse im Keramiksubstrat, durch den ein zu mes¬ sendes Medium an den Mediengang des Sensorelements hin ge¬ führt wird. Die Oberseite des Sensorelements ist einem Ver¬ gleichsdruck ausgesetzt, der z.B. der Atmosphärendruck ist. Dieser kann, bei einer solchen Relativdruckmessung, durch Öffnungen in der Gehäusewand in den Drucksensor gelangen. In einer alternativen Ausführung kann der Absolutdruck gemessen werden. Dabei ist kein Durchläse im Keramiksubstrat vorhanden und die Unterseite des Sensorelements ist abgedichtet. Zu¬ sätzlich kann eine Gelbegrenzung um das Sensorelement herum auf dem Keramiksubstrat angebracht sein. Diese ist mit Gel gefüllt, das die Oberseite des Sensorelements bedeckt und so vor Feuchtigkeit schützt. Der zu messende Druck wird durch das Gel auf die Membran des Sensorelements übertragen. Es ist auch möglich, einen Sensor mit Gelbegrenzung und Füllung bei der Relativdruckmessung einzusetzen.
Des Weiteren ist ein Heizelement Bestandteil des Druck¬ sensors. Das Heizelement kann an verschiedenen Positionen im Drucksensor angebracht sein mit dem Zweck, im Drucksensor eine Betriebstemperatur zu erreichen, die eine exakte Messung erlaubt. Durch das Aufheizen des Drucksensors werden mögliche feste und flüssige Kondensate aufgetaut, ggfs. verdampft und zusammen mit eventuell vorhandenen hochviskosen Medien aus dem Drucksensor ausgetrieben bzw. ausgeheizt. Mit dem
Heizelement ist es auch möglich, eine Bildung von
Eiskristallen zu verhindern, die das Sensorelement
beschädigen oder zerstören können.
Das Heizelement ist beispielsweise dazu ausgebildet, den Drucksensor auf eine Temperatur deutlich oberhalb des
Gefrierpunkts zu erwärmen. Beispielsweise ist eine Erwärmung auf eine Temperatur zwischen 20° C und 50 °C, insbesondere bis zu 160° C vorgesehen.
Die verschiedenen möglichen Positionen für das Heizelement liegen alle im Inneren des Drucksensors. Im Folgenden sind beispielhafte Positionen in einer nicht erschöpfenden Liste aufgeführt :
Das Heizelement kann angeordnet sein
- auf oder in dem Keramiksubstrat (Positionen A und B) , wobei das Heizelement hier vorzugsweise in der Nähe der elektrischen Anschlüsse angebracht ist. Das
Keramiksubstrat kann auch als Schichtkeramik ausgebildet sein. Das Heizelement kann beispielsweise auf eine
Schicht im Inneren oder auf einer Oberfläche des
Keramiksubstrats aufgedruckt sein.
- in dem Gehäuse, z.B. innen an der Gehäusewand (Position C) , wobei das Heizelement durch Kleben, Klemmen oder Lö¬ ten in direktem Kontakt zu Bauteilen des Gehäuses steht. - innerhalb der Gehäusewand (Position D) .
- auf der Gelbegrenzung (Position G) , falls eine solche in der Ausführung vorhanden ist. Das Heizelement kann auch in die Gelbegrenzung integriert sein. Die verschiedenen Ausführungen des Heizelements können umfas¬ sen: Einen leitfähigen Kunststoff, einen z.B. als Mäander geformten Widerstand oder einen Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten. Der Vorteil einer möglichen
Mäanderform des Widerstands ist, dass der Widerstand länger ist und folglich einen höheren Wert hat, was zu einer höheren Heizleitung führt. Mit der Verwendung eines Widerstands mit positiven Temperaturkoeffizienten ist eine externe Regelung einer Heizleistung des Heizelements nicht mehr nötig. In einer weiteren Ausführungsform ist das Heizelement in das Gehäuse des Sensors integriert und so ausgebildet, dass es Mikrowellen erzeugen und abstrahlen kann, mit denen wahlweise der gesamte Drucksensor, einzelne Bestandteile davon oder die zu messenden Medien erhitzt werden. Dadurch findet die Erwär¬ mung direkt am gewünschten Ort und z.B. im Medium statt und die aufgewendete Heizleistung kann optimaler genutzt werden. Ein derartiges Heizelement kann auch an einer anderen Stelle des Sensors angeordnet sein.
Eine Stromzuführung des Heizelements kann über verschiedene Wege stattfinden. Dabei gibt es z.B. die Möglichkeit einer Stromzuführung über die Stromzufuhr des Drucksensors, oder auch die Variante einer zusätzlichen und vom Drucksensor unabhängigen Stromversorgung. Die Separation der
Energieversorgung hat den Vorteil, dass die Messsignale durch die Stromzufuhr zum Heizelement nicht beeinträchtigt werden. Neben dem beschriebenen Heizelement kann der Drucksensor ein weiteres Heizelement in einer der erläuterten Bauformen und Positionen umfassen. Dieses kann an einer der beschriebenen, aber von der Position des ersten Heizelementes verschiedenen Position angebracht sein. Durch den Einsatz mehrerer
Heizelemente kann der Drucksensor homogener und somit
effizienter aufgeheizt werden.
Der vorgehend beschriebene Drucksensor ist beispielsweise zu einer Verwendung in einem Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Einsatz im Abgasbereich eines Kraftfahrzeugs
ausgebildet, z.B. im Bereich eines Dieselpartikelsensors oder eines Harnstoffsensors . Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb des vorgehend beschriebenen Drucksensors
angegeben. Gemäß dem Verfahren wird bei einer Inbetriebnahme des Drucksensors das Heizelement zur Aufheizung des
Drucksensors angeschaltet, bis eine festgesetzte
Betriebstemperatur erreicht ist. Bei der festgesetzten
Betriebstemperatur erfolgt eine erste Druckmessung. Das Heizelement wird zur Senkung des Energieverbrauchs
beispielsweise möglichst wenig im Betrieb des Drucksensors zur Heizung eingeschaltet. Beispielsweise wird das
Heizelement bei Erreichen der Betriebstemperatur
abgeschaltet. Ein Gefrieren des Drucksensors wird nachfolgend durch die Motorwärme verhindert. Alternativ ist auch ein dauerhafter Betrieb des Heizelements möglich, um ein
Einfrieren während der Fahrt zu verhindern.
Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Komponenten anhand einer Auswahl von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen schematischen Figuren näher erläutert.
Figur 1 zeigt in einer Schnittansicht einen Drucksensor mit einem auf einem Keramiksubstrat angeordneten Sensorelement für Absolutdruckmessung samt verschiedene Positionen zur An¬ ordnung eines Heizelements.
Figur 2 zeigt die Schnittansicht einer alternativen Ausfüh¬ rung des Drucksensors auf einem Keramiksubstrat für Relativ¬ druckmessung, mit den verschiedenen Positionen eines Heizele¬ ments und dessen mögliche relative Anordnung.
Figur zeigt die schematische Schnittansicht eines Sensorel- ements Die in Figur 1 gezeigte Schnittansicht zeigt den schemati¬ schen Aufbau eines Drucksensors DS für eine Absolut¬ druckmessung. Dieser weist ein Gehäuse GH umfassend eine Gehäusewand GW auf. Innerhalb des Gehäuses ist ein
Keramiksubstrat KS angebracht und darauf ein Sensorelement SE sowie eine Gelfüllung GF innerhalb einer Gelbegrenzung GB angeordnet. Das Sensorelement ist in einer Form auf dem
Keramiksubstrat angeordnet, dass Druck nur von einer Seite auf die Membran des Sensorelements einwirken kann. Diese Seite ist die mit Gel abgedeckte Oberseite des
Sensorelements. Die Gelfüllung schützt eine drucksensitive Membran des Sensorelements vor Feuchtigkeit. Öffnungen im Gehäuse oder der Gehäusewand ermöglichen es, dass sich der Atmosphärendruck auch im Inneren des Gehäuses einstellt und am Gel anliegt, das den Druck auf die Membran des
Sensorelements überträgt. Da die Rückseite des Sensorelements mit dem Keramiksubstrat verschlossen ist, erfolgt dann eine Absolutdruckmessung .
Außerdem sind mehrere verschiedene Varianten zur möglichen Positionierung eines oder mehrerer Heizelemente H,
insbesondere an den Positionen A bis G eingezeichnet. Die eingezeichneten beispielhaften Anbringungsorte des
Heizelements sind wie folgt: Das Heizelement kann
- in oder auf dem Keramiksubstrat (Positionen A und B) ,
- in dem Gehäuse, z.B. innen an der Gehäusewand (Position
C) ,
- innerhalb der Gehäusewand (Position D) ,
- auf der Gelbegrenzung (Position G)
angeordnet sein.
Die in Figur 2 gezeigte Schnittansieht zeigt den schemati- sehen Aufbau eines Drucksensors für eine Relativdruckmessung. Dieser weist ein Gehäuse GH umfassend eine Gehäusewand GW auf. In dem Gehäuse sind ein Keramiksubstrat KS und ein da¬ rauf angeordnetes Sensorelement SE befestigt. Das Keramiksub¬ strat KS weist einen Durchläse DL auf. Das Sensorelement ist so auf dem Keramiksubstrat angeordnet, dass sich der Durch¬ läse unter dem Sensorelement befindet. Durch den Durchläse kann ein druckführendes Medium an die Unterseite des Senso¬ relements geführt werden. Der Atmosphärendruck gelangt als Referenzdruck durch Öffnungen im Gehäuse an die Oberseite des Sensorelements und ermöglicht so eine Relativdruckmessung.
Außerdem sind mehrere verschiedene Varianten zur möglichen Positionierung eines oder mehrerer Heizelemente H,
insbesondere Heizelemente an den Positionen A bis D ein¬ gezeichnet. Die eingezeichneten beispielhaften Anbringung¬ sorte des Heizelements sind wie folgt: Das Heizelement kann
- in oder auf dem Keramiksubstrat (Positionen A und B) ,
- in dem Gehäuse, z.B. innen an der Gehäusewand (Position C) ,
- innerhalb der Gehäusewand (Position D)
angeordnet sein.
Figur 3 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht des Sensorele¬ ments SE . Hier ist eine Membran des Sensorelements MS zu er¬ kennen, die hier die Oberseite OS des Sensorelements bildet. Der Oberseite gegenüberliegend ist eine Unterseite US des Sensorelements angeordnet, an der sich ein Mediengang MG zur Membran des Sensorelements MS befindet.
Die in den Figuren 1, 2 und 3 dargestellte Form des Sensorel¬ ements ist nur beispielhaft. Es können auch andere Formen o- der Materialien zur Konstruktion eines Sensorelements oder des Drucksensors verwendet werden. Alle Darstellungen in den Figuren 1, 2 und 3 sind rein sche¬ matisch und es lassen sich keine korrekten Größenverhältnisse der jeweilig dargestellten Bauteile entnehmen.
Bezeichnungsliste :
A Heizelement auf Keramiksubstrat B Heizelement in Keramiksubstrat BL Belüftung
C Heizelement im Gehäuse
D Heizelement in Gehäusewand
DL Durchläse
DS Drucksensor
DZ Druckzufuhr
G Heizelement auf der Gelbegrenzung
GB Gelbegrenzung
GF Gelfüllung
GH Gehäuse
GW Gehäusewand
H Heizelement
KS Keramiksubstrat
MG Mediengang
MS Membran des Sensorelements
OS Oberseite des Sensorelements SE Sensorelement
US Unterseite des Sensorelements

Claims

Patentansprüche
1. Drucksensor zur Bestimmung von Relativ- oder Absolutdruck umfassend,
- ein Gehäuse (GH) , umfassend eine Gehäusewand (GW) , darin angeordnet
- ein Sensorelement (SE)
- ein Keramiksubstrat (KS) , das als Träger des Sensorelements und dessen elektrischen Anschlusses dient, sowie
- ein Heizelement (H, A-G) das im Inneren des Gehäuses oder der Gehäusewand (GW) angeordnet ist.
2. Drucksensor nach dem vorherigen Anspruch, wobei das
Heizelement (H, A-G) in einer Position A (A) auf oder einer Position B (B) in dem Keramiksubstrat (KS) angeordnet ist.
3. Drucksensor nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das Heizelement (H, A-G) an der Innenwand des Gehäuses (GH) an der Position C (C) oder in der Gehäusewand (GW) an
Position D (D) angeordnet ist.
4. Drucksensor nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Sensorelement so auf dem Keramiksubstrat (KS) angeordnet ist, das nur eine Oberseite (OS) des Sensorelements mit einem Druck beaufschlagt werden kann und nur ein Absolutdruck gemessen werden kann.
5. Drucksensor nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei das Keramiksubstrat einen Durchläse (DL)
aufweist, wobei das Sensorelements so im Durchläse angeordnet ist, dass ein unabhängiger Medienzugang von Oberseite und Unterseite (US) des Sensorelements möglich ist, so dass ein Relativdruck gemessen werden kann .
Drucksensor nach einem der vorherigen Ansprüche,
mit einem Sensorelement, das auf der Oberseite eine Membran (MS) aufweist
mit einer oben offenen Gelbegrenzung (GB) auf dem
Keramiksubstrat
mit einer Gelfüllung (GF) , die in die Gelbegrenzung eingefüllt ist und die Membran abdeckt
wobei die Gelfüllung (GF) als Schutz der Membran (MS) dient .
7. Drucksensor nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Heizelement (H, A-G) auf der Gelbegrenzung angeordnet ist
(Position G) , die das Gel begrenzt.
8. Drucksensor nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Heizelement (H, A-G) einen elektrisch leitfähigen Kunststoff umfasst.
9. Drucksensor nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Heizelement (H, A-G) ein Widerstandselement umfasst, das über einen positiven Temperaturkoeffizienten verfügt.
10. Drucksensor nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Heizelement (H, A-G) in Teilen der Gehäusewand integriert ist (D) und zum Erzeugen einer Mikrowellenstrahlung geeignet ist .
11. Drucksensor nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Heizelement (H, A-G) eine vom Drucksensor separierte Stromversorgung aufweist.
12. Drucksensor nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Sensorelement als MEMS Bauteil ausgebildet ist.
13. Drucksensor nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einem weiteren Heizelement (H, A-G) , das an einem vom ersten Heizelement (H, A-G) verschiedenen Ort angeordnet ist und einem der Ansprüche 2 bis 8 genügt.
14. Drucksensor nach einem der vorherigen Ansprüche, der zur Messung eines Drucks beim MotorkaltStart in einem
Kraftfahrzeug ausgebildet ist, wobei das Heizelement (H, A-G) zur Erwärmung des Drucksensors (DS) auf eine festgesetzte Betriebstemperatur ausgebildet ist, bei der eine erste
Druckmessung erfolgen kann.
15. Drucksensor nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei dem das Heizelement (H, A-G) zur Erwärmung auf eine Temperatur zwischen 20 °C und 160 °C ausgebildet ist. 16. Verwendung des Drucksensors nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Kraftfahrzeug.
17. Verfahren zum Betrieb des Drucksensor nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
wobei bei einer Inbetriebnahme des Drucksensors (DS) das Heizelement (H, A-G) zur Aufheizung des Drucksensors (DS) angeschaltet wird, bis eine festgesetzte Betriebstemperatur erreicht ist . 18. Verfahren nach Anspruch 17,
bei dem das Heizelement (H, A-G) bei Erreichen der
Betriebstemperatur abgeschaltet wird.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102021107576A1 (de) 2020-03-26 2021-09-30 Ifm Electronic Gmbh Druckmessgerät mit kontrollierter Entlüftung und ein Verfahren zur Kontrolle der Entlüftung
DE102023206340A1 (de) 2023-07-04 2025-01-09 Infineon Technologies Ag Sensorvorrichtung
DE102024200048A1 (de) * 2024-01-04 2025-07-10 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Tanksystem und Sensoraufnahme

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5776431A (en) * 1980-10-30 1982-05-13 Toshiba Corp Semiconductor ressure transducer
JPH02124527U (de) * 1989-03-24 1990-10-15
US5625152A (en) * 1996-01-16 1997-04-29 Mks Instruments, Inc. Heated pressure transducer assembly
JP4712220B2 (ja) * 2001-05-02 2011-06-29 大亜真空株式会社 圧力測定装置
US7347099B2 (en) * 2004-07-16 2008-03-25 Rosemount Inc. Pressure transducer with external heater
DE102005029841B4 (de) * 2004-07-28 2013-09-05 Robert Bosch Gmbh Mikromechanischer Drucksensor mit beheiztem Passivierungsmittel und Verfahren zu seiner Steuerung
US7201057B2 (en) * 2004-09-30 2007-04-10 Mks Instruments, Inc. High-temperature reduced size manometer
US7124640B1 (en) * 2005-07-13 2006-10-24 Mks Instruments, Inc. Thermal mounting plate for heated pressure transducer
JP4563312B2 (ja) * 2005-12-05 2010-10-13 株式会社堀場エステック 静電容量式圧力センサ装置
WO2008154760A1 (de) * 2007-06-19 2008-12-24 Inficon Gmbh Vakuummesszellenanordnung mit heizung
JP2009058366A (ja) * 2007-08-31 2009-03-19 Nissan Motor Co Ltd 圧力検出装置
DE102008002579A1 (de) * 2008-06-23 2009-12-24 Robert Bosch Gmbh Mikro-elektromechanisches Sensorelement
DE102008049143B4 (de) * 2008-09-26 2012-08-16 Intelligente Sensorsysteme Dresden Gmbh Drucksensor und Herstellungsverfahren
US8186226B2 (en) * 2009-12-09 2012-05-29 Honeywell International Inc. Pressure sensor with on-board compensation
JP2012189349A (ja) * 2011-03-09 2012-10-04 Seiko Epson Corp 流速センサー
CH704815A1 (de) * 2011-03-30 2012-10-15 Inficon Gmbh Gasdruckmesszellenanordnung.
DE102012223879A1 (de) * 2012-12-20 2014-07-10 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Drucksensors einer Abgasnachbehandlungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs
DE102014207480A1 (de) * 2014-04-17 2015-10-22 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zum Erfassen eines Parameters eines Gases, Verfahren zum Betreiben einer derartigen Vorrichtung und Messsystem zum Bestimmen eines Parameters eines Gases
JP6461741B2 (ja) * 2015-07-30 2019-01-30 アルプス電気株式会社 センサパッケージ

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